Dodano: 20 grudzień 2017r.

Bakterie pożerające benzynę i ich enzymy na usługach przemysłu

Pożeraczki benzyny - bakterie, które świetnie radzą sobie tam, gdzie nie przetrwa już prawie nic - stają się obiektem pożądania przemysłu. Bakterie te już pomagają tworzyć leki - odpowiedniki Prozacu i mogą przyspieszyć produkcję hydroksylowanej witaminy D.

 

Na pewnym odcinku rzeki Wezery w Niemczech tankowce czyściły nielegalnie swoje zbiorniki. Naukowcy, którzy w latach 90. XX w. pobrali próbki materiału z dna tej rzeki, nie spodziewali się znaleźć tam zbyt wiele życia. A jednak. Okazało się, że całkiem nieźle radzą sobie tam m.in. pewne szczepy bakterii.

- Np. bakteria Aromatoleum aromaticum to zupełnie nietypowy organizm. Wcina benzynę i oddycha azotanami. Zamieszkuje również złoża ropy naftowej - opowiada w rozmowie z PAP dr hab. Maciej Szaleniec, profesor Instytutu Katalizy i Fizykochemii Powierzchni PAN w Krakowie. I dodaje: nazwa tych bakterii wzięła się z tego, że organizmy te wzrastają na etylobenzenie - związku, który nadaje benzynie charakterystyczny zapach - tłumaczy.

Chemik bada enzymy wytwarzane przez te oraz inne bakterie beztlenowe. A enzymy te, to o tyle ciekawe związki chemiczne, że mogą się przydać w produkcji leków, np. syntetycznych leków z witaminy D. - Te enzymy są jakby z innej planety - komentuje. Dodaje, że zawierają one tak nietypowe pierwiastki jak molibden lub wolfram. Za swoje badania otrzymał nagrodę Wydziału III Nauk Ścisłych i Nauk o Ziemi PAN.

Reakcja do przewidzenia

Enzymy to innymi słowy katalizatory. Przyspieszają reakcję chemiczną i kierują ją na właściwy tor. - Kataliza jest potrzebna, żeby reakcje mogły przebiegać szybko i w dogodnych warunkach - np. w organizmie, a nie w wysokociśnieniowym reaktorze chemicznym przy temperaturze 600 stopni C. Katalizowane są wszystkie procesy życiowe, np. rozkład cukrów, tłuszczów, synteza wszystkich biologicznych związków... - wymienia chemik.

Katalizatory przydają się również w przemyśle. Wykorzystanie odpowiednich katalizatorów może przyspieszyć produkcję różnych związków chemicznych - np. leków i zmniejszyć koszty prowadzenia reakcji. - Bakterie to kopalnia nowych katalizatorów. Pokłady są ogromne, a my dopiero lekko zarysowaliśmy je paznokciem - obrazuje naukowiec.

Aby wolne rodniki naprawdę stały się powolne

Rozmówca PAP tłumaczy, że reakcje, jakie zachodzą w organizmach tlenowych są bardziej typowe. - Metabolizowanie związków organicznych najczęściej polega na utlenianiu - opowiada naukowiec. Za to enzymy organizmów beztlenowych kryją przed nami jeszcze wiele tajemnic.

Enzymy, które bada prof. Szaleniec m.in. odpowiadają za hydroksylację. Precyzyjnie wprowadzają grupę -OH (pozyskaną z wody) do węglowodorów. Taki proces jest znacznie łatwiejszy, gdy organizm ma do dyspozycji cząsteczki tlenu i oczywiście odpowiednie katalizatory. Tymczasem enzymy, które bada Maciej Szaleniec, sprawiają, że proces ten możliwy jest również przy zupełnym braku cząsteczek tlenu - dzięki zastosowaniu nietypowych enzymów. Co ciekawe, katalizatory te pozwalają wprowadzać grupę hydroksylową do molekuł z większą precyzją, niż niejednokrotnie ma to miejsce w przypadku tradycyjnych reakcji tlenowych.

Pomysł do zastosowania

Wykorzystując taki enzym z bakterii można przeprowadzać syntezę związków, które są w cenie dla przemysłu farmaceutycznego. - W tym roku otrzymaliśmy polski patent na praktyczną metodę syntezy niektórych chiralnie czystych alkoholi - mówi badacz. I zaznacza, że związki te można wykorzystać np. do produkcji fluoksyntyny - następcy Prozacu.

Prof. Szaleniec mówi, że produkcję takich związków - dehydrogenaz alkoholowych - BASF skomercjalizował, ale w Polsce patent już nie obowiązuje. - My badaliśmy te enzymy równolegle z nimi, a nasza technologia jest dostępna dla polskiego przemysłu - komentuje Maciej Szaleniec.

Drugą metodą bazującą też na enzymie z tej klasy jest metoda hydroksylacji witaminy D (enzym z bakterii Sterolibacterium denitrificans). Chemik opowiada, że synteza chemiczna ma 9 etapów i w laboratorium trwa 3 miesiące. A Polacy są ją w stanie zrobić w jednym etapie, który trwa trzy dni. Wprawdzie wydajność reakcji jest duża, ale na razie kosztowna jest jeszcze synteza samego bakteryjnego katalizatora. - Będziemy w stanie jeszcze ją dopracować - zapowiada.

Naukowiec wyjaśnia, że pojedyncze enzymy pozyskane z odżywiających się benzyną bakterii nie wystarczą jeszcze, żeby poradzić sobie z zanieczyszczeniami - np. wyciekiem ropy naftowej z tankowca. Do tego potrzebny jest cały szlak chemiczny - niekiedy są to reakcje prowadzone przez różne bakterie, które powoli oczyszczają teren.

 

Źródło: PAP – Nauka w Polsce, Ludwika Tomala, fot. CC BY 2.0/ Anton/ Wikimedia Commons